MongoDB 数组

MongoDB是文档型数据库，每个文档（doc）表示数据的一项记录。相比关系型DB的row只能使用简单的数据类型，doc能够使用复杂的数据类型：内嵌doc，数组。MongoDB的数组是一系列元素的集合，使用中括号 [] 表示数组，例如：[1,2,3]的元素是整数值，[{name:"t5"}, {name:"t7"}]，[ {name:"t5", age:21}, {name:"t7", age:22} ]的元素是doc。

在MongoDB中，数组元素允许重复，元素的位置是固定的。如果两个数组相等，那么这两个数组的元素和及其位置都相同。

创建示例collection，使用db.collection.insert()函数和数组参数，一次性向集合中插入3个doc。

user1={ name:"t1", age:21}
user2={ name:"t2", age:22}
user3={ name:"t3", age:23}

db.users.insert([user1,user2,user3])

一，使用dot标记法（dot notation）访问数组元素

MongoDB使用 dot 访问数组的元素，或内嵌doc字段。

MongoDB uses the dot notation to access the elements of an array and to access the fields of an embedded document.

users=
{
name:"t1",
age:21,
address: {phone:123,email:"xxx@163.com"},
followers:[{name:"a"},{name:"b"},{name:"c"}]
}

address 字段是内嵌文档，查找phone是123的doc

db.users.find({"addr.phone":123})

followers 字段是数组，查询followers中存在name=“b”的doc

db.users.find({"followers.name":"b"})

二，修改字段的值

在MongoDB中，修改操作主要使用两个修改器：$set 和 $inc，这两个修改器具有upsert特性：如果doc中存在相应的字段，那么修改该字段的值；如果doc中不存在相应的字段，那么在doc中创建新的字段。$inc用于整数型字段，增加或减少字段的值，$set用于任意数据类型，替换字段的值。

1，使用$set修改器，增加followers数组，使用empty filter：{}，表示更新集合中的所有doc

db.users.updateMany(
{},
{$set:
   {
    followers:[ {name:"t5"},{name:"t7"} ]
   }
}
)

2，使用$inc修改器，增加age字段的值，每个doc的age字段的都增加1

db.users.updateMany(
{},
{$inc:{age:1}}
)

3，$set 和 $inc的不同之处在于：$set是替换现有字段的值，而$inc是在现有字段值的基础上，增加或减少指定的数值

示例，使用$set修改age的值，更新结束后，每个doc的age字段都是1

db.users.updateMany(
{},
{$set:{age:1}}
)

三，修改数组

如果要向数组中增加或删除一个元素，$set和$inc 都不能很好的满足这种需求，MongoDB有专用的 Array Operator，用于修改数组字段。

1，使用$push向doc中增加数组，或插入新的元素

$push：如果doc中存在相应的数组字段，那么向数组的尾部插入一个元素；如果doc中不存在相应的数组字段，那么向doc中创建一个数组字段，并初始化。

示例，第一次调用$push，由于doc中不存在comments字段，因此MongoDB向doc中新建comments 数组字段，并初始化数组

db.users.updateMany(
{},
{$push:{comments:{msg:"c1"}}}
)

示例，后续再次调用$push，向已有的数组字段的尾部追加一个元素

db.users.updateMany(
{},
{$push:{comments:{msg:"c2"}}}
)

图示，左边是数组的第一个元素，右边是数组的最后一个元素，使用$push每次向数组的尾部追加一个元素

2，向数组字段插入多个元素

$push 修改器每次只能向数组字段的尾部插入一个元素，搭配使用$each 修改器，每次能向数组字段中插入多个元素

db.users.updateMany(
{},
{$push:
   {
     comments:{ $each:[ {msg:"c3"}, {msg:"c4"} ] }
   }
}
)

图示，使用$each，一次将多个元素插入到数组的尾部

3，从数组字段的特定位置处开始插入元素

使用$push 修改器只能将元素插入到数组字段的尾部，搭配使用$position 修改器，能够指定元素插入的开始位置，$position 必须和$each搭配使用。数组的下标是从0开始的。

db.users.updateMany
(
{},
{$push:
    {comments:
        {
           $each:[ { msg:"c5"}, {msg:"c6"} ],
           $position:2
        }
    }
}
)

图示，使用$position 指定元素插入的开始位置，将c5，c6 依次插入都数组的2，3位置处，由于数组的小标是从0开始的，c5，c6 是数组的第3，4个元素

如果不使用$position 修改器，那么 $push 每次都向数组的末尾写入元素；使用$position 修改器，指定$push插入元素的开始位置。

$position ：The $position modifier specifies the location in the array at which the $push operator insert elements. Without the $position modifier, the $push operator inserts elements to the end of the array.

4，限制数组中元素的数量

在$push 元素时，使用$slice=MaxNum限制数组元素的最大数量。只要没有达到最大数量，就会向数组中插入新的元素，直到达到最大值。$slice必须和$each搭配使用，如果数组字段的元素的数量已经达到最大值，根据MaxNum值的不同，会有不同的行为：

• 如果MaxNum=0，表示将数组清空；
• 如果MaxNum是正整数，表示数组只保留前面的MaxNum个元素；
• 如果MaxNum是负整数，表示数组只保留后面的MaxNum个元素；

示例，保留每个comments的最后5个元素

db.users.updateMany(
{},
{$push:
   {comments:
      {
        $each:[ {msg:"c7"}, {msg:"c8"}, {msg:"c9"}],
        $slice:-5
      }
   }
}
)

图示，$slice:-5，MongoDB先将新的元素插入到数组中，将保留数组末尾的5个元素，将数组的其他元素删除

5，对数组字段的元素进行排序

在限制数组字段的元素数量之前，使用$sort 操作符对元素进行排序，是数组元素有序排列。在$sort操作之后使用 $slice：MaxNum 修改器，由于数组元素是有序的，能够只保留序列前面或后面的特定数量的元素。

db.users.updateMany(
{},
{$push:
   {comments:
      {
        $each:[ {msg:"c7"}, {msg:"c8"}, {msg:"c9"}],
        $sort:{msg:-1},
        $slice:-5
      }
   }
}
)

图示，$each 向现有的数组的尾部中插入三个元素：c7,c8,c9，$sort:{msg:-1} 对数组按照msg的降序排序，$slice：-5 操作符限制数组的元素数量，只保留数组尾部的5个元素。

如果数组是[1,2,3]这种类型，那么$sort:1，按照1，2，3 升序排列; $sort:-1，安装3，2，1 降序排列。

6，使用$addToSet向数组插入无重复的元素

通过$push 插入元素，有可能插入重复的元素，MongoDB允许数组中的元素重复；如果一个数组不能插入重复值，可以使用$addToSet修改器， $addToSet在向数组插入元素时，首先检查元素是否已经存在于数组中，如果不存在，那么$addToSet将元素插入到数组中；如果存在，那么$addToSet不会插入任何元素。$addToSet只会保证不会插入重复的元素，不应影响数组中已经存在的重复元素。

$addToSet 能够一次性向数组中插入多个元素。

$addToSet only ensures that there are no duplicate items added to the set and does not affect existing duplicate elements. $addToSet does not guarantee a particular ordering of elements in the modified set.

示例，向comments 数组中插入三个messge

db.users.updateMany(
{},
{$addToSet:
   {comments:[ {msg:"c7"}, {msg:"c8"}, {msg:"c9"}] }
}
)

7，使用$pop删除数组的第一个或最后一个元素

把数组看作是队列，下标为0的元素是在队列头部，是数组的第一个元素，小标最大的元素是数组的最后一个元素。使用$pop删除元素时，{$pop：{array:1}} 表示删除数组的最后一个元素，{$pop：{array:-1}} 表示删除数组的第一个元素。

db.users.updateMany(
{},
{$pop:{comments:1}}
)

图示，删除数组的最后一个元素

8，根据queyr filter删除数组元素

db.users.updateMany(
{},
{$pull:{comments:{msg:"c7"}}}
)

图示，删除数组中msg字段是"c7"的所有元素

9，根据数组的下标修改元素，数组下标是从0开始的

对于js的数组 arr，包含两个element，修改第一个元素的like 字段，将其值设置为2.

var arr=[{name:"t1",like:1},{name:"t2",like:2}]
arr[0].like=2
print(tojoson(arr))

在MongoDB中，如果要修改doc中的数组，可以使用 dot notation，使用 arrary.index.field 对数组中特定位置的元素进行修改。

db.users.updateMany(
{},
{$inc:{"comments.0.likes":1}}
)

图示，向数组的第一个元素中增加likes字段，并初始化为1

如果不知道数组元素的下标，MongoDB提供占位符 $，用于表示从数组中查找满足query filter的第一个元素。占位符 $ 需要对数组进行查找，查找的query filter必须显式提供，如果存在数据元素满足query filter，那么$ 占位符表示第一个匹配的数组元素的position，如果没有数组元素满足query filter，那么MongoDB不会对数据任何作用。

$占位符的使用格式，跟数组的元素类型有关：

• 如果数组元素是doc，那么使用 $ 占位符的格式是：arrary.$.field。
• 如果数组的元素类型是原子类型，例如，[1,2,3]等，那么使用那么使用 $ 占用符的格式是：arrary.$。

$： Acts as a placeholder to update the first element that matches the query condition in an update.

示例1，使用empty filter作为query filter

db.users.updateMany(
{},
{$inc:{"comments.$.unlikes":1}}
)

MongoDB抛出错误消息：

"errmsg" : "The positional operator did not find the match needed from the query. Unexpanded update: comments.$.unlikes"

说明 query filter 不能使用empty filter，必须显式提供query filter。

示例2，对数组元素进行查询，只要存在任何一个元素的msg字段的值c4，就在该元素中增加一个unlikes字段，并初始化为1.

db.users.updateMany(
{comments:
    {$elemMatch:{msg:"c4"}}
},
{$inc:
    {"comments.$.unlikes":1}
}
)

图示，$ 占位符表示匹配query filter的第一个元素

四，数组的查询

1，元素匹配符 $elemMatch，使用数组元素进行条件匹配

$elemMatch 是对数组元素的字段进行匹配，如果元素或元素的字段满足查询条件，那么返回该元素所在的doc。

格式是：{array:{$elemMatch:{field_query_filter,,,,}}}

The $elemMatch operator matches documents that contain an array field with at least one element that matches all the specified query criteria.

db.users.find({comments:{$elemMatch:{like:1}}})

示例1，数组元素是整数类型（原子类型）

{ _id: 1, results: [ 82, 85, 88 ] }
{ _id: 2, results: [ 75, 88, 89 ] }

db.scores.find(
   { results: { $elemMatch: { $gte: 80, $lt: 85 } } }
)

查询结果是：只有_id为1的doc的数组元素82满足query filter

{ "_id" : 1, "results" : [ 82, 85, 88 ] }

示例2，数组元素是doc

{ _id: 1, results: [ { product: "abc", score: 10 }, { product: "xyz", score: 5 } ] }
{ _id: 2, results: [ { product: "abc", score: 8 }, { product: "xyz", score: 7 } ] }
{ _id: 3, results: [ { product: "abc", score: 7 }, { product: "xyz", score: 8 } ] }

db.survey.find(
   { results: { $elemMatch: { product: "xyz", score: { $gte: 8 } } } }
)

查询结果是：

{ "_id" : 3, "results" : [ { "product" : "abc", "score" : 7 }, { "product" : "xyz", "score" : 8 } ] }

2，数组的比较，使用数组进行条件匹配

使用数组进行比较时，只要数组中的任何元素满足query filter，就匹配成功。

如果有以下三个doc，每个doc中都有一个grades 数组：

{ "_id" : 1, "grades" : [ 80, 85, 90 ] }
{ "_id" : 2, "grades" : [ 88, 90, 92 ] }
{ "_id" : 3, "grades" : [ 85, 100, 90 ] }

示例1，对于query filter：{grades:{$gt:85, $lt:100}}，分析这3个数组是否满足：

• 第1个数组：元素 90 满足大于 85，所有的元素都小于100
• 第2个数组：所有的元素满足条件
• 第3个数组：元素90，100 满足大于85的条件，元素85，90满足小于100的条件 

因此，只要数组中有任何一个元素满足qeury filter，就算满足qeury filter，这3个数组都满足query filter。
示例2，query filter：{grades:90}

只要数组中有一个元素的值是90，就满足query filter，因此，这3个数组都满足条件。

3，查询数组元素的数量

$size操作符，如果doc中存在数组，并且数组的元素满足$size指定的条件，那么返回该doc。

The $size operator matches any array with the number of elements specified by the argument.

db.collection.find( { array: { $size: n } } );

4，数组包含指定的多个元素

The $all operator selects the documents where the value of a field is an array that contains all the specified elements.

{ array : { $all: [ <value1> , <value2> ... ] } }

$all 表示集合的包含关系，全集包含子集的所有元素。如果数组A包含数组B，那么A是B的全集，B是A的子集。子集中的所有元素，都存在于全集；全集中的元素，不一定存在于子集。

如果array包含指定的数组，那么满足$all条件，返回doc，表示指定数组的元素都存在于array。

示例1，如果两个数组相等，那么这两个数组的元素和及其位置都相同，即在数组的相同位置上，其元素相同。

这三个数组互不相同，arr1 和 arr2 元素数量相同，但是存在相同位置上（下标是：1，2）的元素不同；

arr1=[1,2,3] 
arr2=[1,3,2]
arr3=[1,2]

示例2，包含关系（数组元素是int，字符串等原子类型）

$all表示的是包含关系，对于arr=[1,2,3]，满足条件{arr:{$all:[2，1]}}，arr存在元素1，2。

示例，查询数组中同时存在2，3的doc

{ "_id" : 1, "g" : [ 1, 2, 3 ] }
{ "_id" : 2, "g" : [ 4, 2, 3 ] }
{ "_id" : 3, "g" : [ 4, 2, 5 ] }

db.foo.find({g:{$all:[2,3]}})

查询结果是

{ "_id" : 1, "g" : [ 1, 2, 3 ] }
{ "_id" : 2, "g" : [ 4, 2, 3 ] }

示例3，包含关系（数组元素是doc）

示例，对于以下集合，每个doc中都有一个数组字段qty，每个数组中包含三个元素，每个元素都是内嵌doc。

{_id:1,
   qty: [
          { size: "S", num: 10, color: "yellow" },
          { size: "M", num: 45, color: "blue" },
          { size: "L", num: 100, color: "green" }
        ]
}
{_id:2,
   qty: [
          { size: "S", num: 10, color: "blue" },
          { size: "M", num: 100, color: "red" },
          { size: "L", num: 100, color: "green" }
        ]
}

查询数组元素中color字段同时存在blue 和 green的doc，这两个doc都满足条件。

 db.foo.find({"qty.color":{$all:["blue","green"]}})

 

参考doc：

Update Operators

Array Update Operators

Query and Projection Operators